محرك المكبس المتقابل

المحرك ذو المكبس المتقابل هو محرك مكبس يحتوي كل أسطوانة فيه على مكبس في كلا الطرفين، ولا يحتوي على رأس أسطوانة . تُستخدم محركات البنزين والديزل ذات المكبس المتقابل في الغالب في التطبيقات واسعة النطاق مثل السفن والدبابات العسكرية والمصانع. تشمل الشركات المصنعة الحالية لمحركات المكبس المتقابل شركة Cummins و Achates Power و Fairbanks-Morse Defense (FMDefense) .

وبالمقارنة بمحركات الشوطين المعاصرة، والتي تستخدم تصميمًا تقليديًا بمكبس واحد لكل أسطوانة، فقد تم التعرف على مزايا محرك المكبس المتقابل على النحو التالي:

• إزالة رأس الأسطوانة وسلسلة الصمامات، مما يقلل من الوزن والتعقيد والتكلفة وفقدان الحرارة وفقدان الاحتكاك للمحرك. ^{[1] [2] [3]}
• إنشاء حركة أحادية التدفق للغاز عبر غرفة الاحتراق، ^{[4] [5]} والتي تجنبت العيوب المرتبطة بتصميمات التنظيف المتقاطع المعاصرة (ومع ذلك، قدمت التطورات اللاحقة طرقًا لتحقيق التنظيف أحادي التدفق في تصميمات محرك المكبس التقليدية).
• انخفاض ارتفاع المحرك

كان العيب الرئيسي هو أن الطاقة من المكبسين المتقابلين يجب أن تكون مترابطة معًا. وهذا يضيف وزنًا وتعقيدًا عند مقارنته بمحركات المكبس التقليدية، والتي تستخدم عمود مرفقي واحد كمخرج للطاقة.

كان التصميم الأكثر شيوعًا هو وجود عمودي مرفقيين، مع ربط أعمدة المرفق معًا (إما في نفس الاتجاه أو في اتجاهات متعارضة). ^[6] استخدمت محركات Koreyvo وJumo و Napier Deltic مكبسًا واحدًا لكل أسطوانة لكشف منفذ السحب، والآخر لكشف منفذ العادم. يُشار إلى كل مكبس إما باسم مكبس السحب أو مكبس العادم، اعتمادًا على وظيفته في هذا الصدد. يوفر هذا التصميم تنظيفًا فائقًا، حيث يكون تدفق الغاز عبر الأسطوانة محوريًا وليس شعاعيًا، ويبسط تصميم تيجان المكبس. في Jumo 205 ومتغيراته، يخدم العمود المرفقي العلوي مكابس العادم، والعمود المرفقي السفلي مكابس السحب. في التصميمات التي تستخدم بنوك أسطوانات متعددة، يخدم كل محمل طرفي كبير مدخلًا واحدًا ومكبس عادم واحدًا، باستخدام قضيب توصيل متشعب لمكبس العادم.

كان أحد أول محركات المكبس المتقابل هو محرك أتكينسون التفاضلي لعام 1882 ، ^[7] والذي يحتوي على شوط طاقة في كل دورة من دورات العمود المرفقي (مقارنة بكل دورة ثانية لمحرك دورة أوتو المعاصر )، لكنه لم يحقق نجاحًا تجاريًا. ^[8]

في عام 1898، تم تركيب محرك Oechelhäuser ثنائي الأشواط بمكابس متقابلة ينتج 600 حصان (447 كيلو وات) في مصنع الحديد Hoerde. ^[9] تم إنتاج تصميم المحرك هذا أيضًا بموجب ترخيص من قبل الشركات المصنعة بما في ذلك Deutsche Kraftgas Gesellschaft في ألمانيا و William Beardmore & Sons في المملكة المتحدة. ^[10]

في عام 1901، كانت محركات كانساس سيتي لايتنينج المتوازنة التي تعمل بالغاز والبنزين عبارة عن محركات تعمل بالبنزين وتنتج 4-25 حصانًا (3-19 كيلو وات). ^[11]

أنتجت شركة Gobron-Brillié الفرنسية محرك سيارة بمكبس متعاكس مبكر حوالي عام 1900. في 31 مارس 1904، ^{[12] [13]} كانت سيارة Gobron-Brillié التي تعمل بمحرك المكبس المتعاكس أول سيارة على الإطلاق تتجاوز 150 كم / ساعة مع "سرعة قياسية عالمية" تبلغ 152.54 كم / ساعة (95 ميلاً في الساعة). ^[14] في 17 يوليو 1904، أصبحت سيارة Gobron-Brillié أول سيارة تتجاوز 100 ميل في الساعة (161 كم / ساعة) للكيلومتر الطائر. ^[15] استخدم المحرك عمود مرفقي واحد في أحد طرفي الأسطوانات ورأس متقاطع للمكبس المتعاكس.

كان هناك محرك سيارة آخر مبكر ذو مكبس متقابل في سيارة أرول-جونستون الاسكتلندية ، ويبدو أنه تم تركيبه لأول مرة في سيارة باكبورد بقوة 10 أحصنة حوالي عام 1900. تم وصف المحرك وتوضيحه ببعض التفاصيل في وصف سيارتهم بقوة 12-15 حصانًا التي عُرضت في معرض أوليمبيا للسيارات عام 1905. ^{[16] [17]} كان المحرك رباعي الأشواط مع أسطوانتين (مع مكابس متقابلة في كل منهما) مع العمود المرفقي في الأسفل والمكابس متصلة بأذرع رافعة بالعمود المرفقي ذي العمودين.

كان أول محرك ديزل بمكابس متقابلة نموذجًا أوليًا تم بناؤه في مصنع قاطرات كولومنا في روسيا. وقد حصل المصمم، ريموند أ. كوريفو، على براءة اختراع المحرك في فرنسا في 6 نوفمبر 1907 وعرض المحرك في المعارض الدولية، لكنه لم يصل إلى مرحلة الإنتاج. استخدم تصميم كولومنا تخطيطًا نموذجيًا لعمودين مرفقيين متصلين بتروس.

في عام 1914، كان محرك الدراجات النارية المتوازن ثنائي الشوط من إنتاج شركة سيمبسون عبارة عن محرك آخر بمكابس متقابلة يستخدم عمود مرفقي واحد أسفل مركز الأسطوانات مع توصيل كلا المكابس بواسطة رافعات. ^[18] كان هذا المحرك عبارة عن تصميم ضغط علبة المرافق، مع استخدام مكبس واحد لكشف منفذ النقل، والآخر لفتح منفذ العادم. كانت ميزة هذا التصميم هي تجنب تيجان العاكس للمكابس المستخدمة في معظم محركات الشوطين في ذلك الوقت.

قامت شركة Doxford Engine Works في المملكة المتحدة ببناء محركات كبيرة ذات مكبس متقابل للاستخدام البحري، حيث تم تركيب أول محرك Doxford في سفينة في عام 1921. ^[19] استخدم محرك الديزل هذا عمود مرفقي واحد في أحد طرفي الأسطوانات ورأس متقاطع للمكبس المقابل. ^{[20] [21]} بعد الحرب العالمية الأولى، تم إنتاج هذه المحركات في عدد من الطرز، مثل سلسلة P وJ، بقدرات تصل إلى 20000 حصان (14914 كيلو وات). توقف إنتاج محركات Doxford في المملكة المتحدة في عام 1980. ^{[20] [22]}

تشمل محركات الديزل ذات المكبس المتقابل اللاحقة محرك الطائرات Junkers Jumo 205 لعام 1932 الذي تم تصنيعه في ألمانيا، والذي كان به عمودان مرفقيان، ولم يستخدم تصميمًا مشابهًا لمحركات Gobron-Brillié لعام 1900-1922. ^[23]

• 
  محرك غاز Oechelhäuser 1898
• 
  محرك Gobron-Brillié ذو المكبس المتقابل عام 1900 مع نير بارز
• 
  محرك ديزل Fairbanks Morse 38 8-1/8 على الغواصة USS  Pampanito
• 
  ليلاند L60 كما تم استخدامها في دبابة Chieftain

تم تصميم محرك الديزل فيربانكس مورس 38 8-1/8 ، والذي تم تصميمه في الأصل في ألمانيا في ثلاثينيات القرن العشرين، في الغواصات الأمريكية في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين، وفي القوارب من ثلاثينيات القرن العشرين حتى الوقت الحاضر. ^[24] كما تم استخدامه في القاطرات منذ عام 1944.

أحدث إصدار (نوفمبر 2021) من محرك Fairbanks-Morse 38 8-1/8 يُعرف باسم FM 38D 8-1/8 Diesel and Dual Fuel. يحتفظ محرك المكبس المتقابل ثنائي الأشواط هذا بنفس التصميم شديد التحمل وله عمر افتراضي مُقدر في الخدمة يزيد عن 40 عامًا، ولكن الآن أصبحت القدرة الاختيارية على حرق الوقود المزدوج (الوقود الغازي والسائل، مع التبديل التلقائي إلى الديزل الكامل في حالة نفاد إمداد الغاز) متاحة. ^[25]

تم إطلاق محركات الشاحنات الديزل ذات الأسطوانات الثلاث Commer TS3 في عام 1954، وتحتوي على عمود مرفقي واحد أسفل مركز الأسطوانات مع مكبسين متصلين بواسطة رافعات. ^[26]

كما تم إصدار محرك Napier Deltic للقوارب العسكرية في عام 1954. يستخدم المحرك ثلاثة أعمدة مرفقية، واحدة في كل زاوية، لتشكيل ثلاث بنوك من الأسطوانات ذات النهايتين مرتبة في مثلث متساوي الأضلاع. تم استخدام محرك Deltic في قاطرات السكك الحديدية البريطانية من الفئة 55 والسكك الحديدية البريطانية من الفئة 23 ولتشغيل زوارق الدوريات السريعة وكاسحات الألغام التابعة للبحرية الملكية . بدءًا من عام 1962، دعا جيبس ​​شركة Mack Trucks للمشاركة في تصميم مضخة FDNY الفائقة والعطاء المرافق لها. تم تكليف شركة DeLaval Turbine بتصميم مضخة طرد مركزي متعددة المراحل بمحرك ديزل Napier-Deltic T18-37C لتشغيل المضخات. ^[27]

في عام 1959، تم تقديم محرك الديزل Leyland L60 19 L (1,159 بوصة مكعبة) بست أسطوانات. تم إنتاج L60 في المملكة المتحدة لاستخدامه في دبابة Chieftain. ^[28]

استخدمت الدبابة السوفيتية T-64 ، التي تم إنتاجها من عام 1963 إلى عام 1987، محرك ديزل 5TD  [uk] ذي مكبس متقابل طورته شركة Malyshev Factory في خاركوف. بعد تفكك الاتحاد السوفيتي، واصل مصنع Malyshev تطوير وإنتاج محركات ذات مكبس متقابل للمركبات المدرعة، مثل محرك 3TD ثلاثي الأسطوانات  [uk] المستخدم في BTR-4 Butsefal ، وترقيات مختلفة لمحرك 5TD ومحرك 6TD ذي الست أسطوانات  [uk] لـ T-64BM2 و BM Oplot وما إلى ذلك.

في عام 2014، نشرت شركة Achates Power ورقة فنية تشير إلى تحسن في استهلاك الوقود بنسبة 30% عندما تم مقارنة محركها بمحرك ديزل من الجيل التالي مزود بتقنيات متقدمة. ^[28]

قدمت شركة فولفو طلبًا للحصول على براءة اختراع في عام 2017. ^[29]

محرك ديزل إير دير 100 هو محرك طائرات ديزل ثنائي الأسطوانات بقوة 100 حصان (75 كيلو وات) ، تم تصميمه وإنتاجه بواسطة شركة ديزل إير المحدودة في أولني، باكينجهامشير للاستخدام في المناطيد والطائرات المجمعة محليًا والطائرات الخفيفة . ^[30]

في يوليو 2021، حصلت شركة Cummins على عقد بقيمة 87 مليون دولار من جيش الولايات المتحدة لاستكمال تطوير محرك القتال المتقدم (ACE)، وهو حل محرك ديزل معياري وقابل للتطوير يستخدم تقنية المكبس المتقابل. ^[31]

أحد أشكال تصميم المكبس المتقابل هو محرك المكبس الحر، والذي تم تسجيل براءة اختراعه لأول مرة في عام 1934. لا تحتوي محركات المكبس الحر على عمود مرفقي، ويتم إرجاع المكابس بعد كل شوط إشعال عن طريق ضغط وتمدد الهواء في أسطوانة منفصلة. كانت التطبيقات المبكرة للاستخدام كضاغط هواء أو كمولد غاز لتوربين غازي . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

• رأس الخردة
• محرك ميشيل
• محرك منقسم واحد